Automatisierung von Messungen durch 3D-Scanning

3D-Scannen ist eine Technik zur Erfassung der Form eines Objekts mit einem 3D-Scanner. Das Ergebnis ist eine 3D-Datei des Objekts, die gespeichert, bearbeitet und sogar 3D-gedruckt werden kann. Es gibt viele verschiedene 3D-Scantechnologien, um Objekte, Umgebungen und Menschen in 3D zu scannen. Jede 3D-Scantechnologie hat ihre eigenen Einschränkungen, Vorteile und Kosten.

Beim 3D-Scannen wird ein reales Objekt oder eine reale Umgebung analysiert, um Daten über seine Form und möglicherweise sein Aussehen (z. B. Farbe) zu erfassen. Die gesammelten Daten können dann verwendet werden, um digitale 3D-Modelle zu erstellen.

Ein 3D-Scanner kann auf vielen verschiedenen Technologien basieren, die jeweils ihre eigenen Einschränkungen, Vorteile und Kosten haben. Bei der Art der Objekte, die digitalisiert werden können, gibt es noch viele Einschränkungen. So kann die optische Technologie bei glänzenden, reflektierenden oder transparenten Objekten auf viele Schwierigkeiten stoßen. Mit industriellen Computertomographen und 3D-Scannern mit strukturiertem Licht können digitale 3D-Modelle erstellt werden, ohne dass eine zerstörende Prüfung erforderlich ist.

Der Zweck eines 3D-Scanners besteht in der Regel darin, ein 3D-Modell zu erstellen. Dieses 3D-Modell besteht aus einer Punktwolke mit geometrischen Mustern auf der Oberfläche des Objekts. Diese Punkte können dann zur Extrapolation der Form des Objekts verwendet werden (ein Prozess, der als Rekonstruktion bezeichnet wird). Wenn an jedem Punkt Farbinformationen erfasst werden, können auch die Farben auf der Oberfläche des Objekts bestimmt werden.

3D-Scanner haben mehrere Merkmale mit Kameras gemeinsam. Wie die meisten Kameras haben sie ein kegelförmiges Sichtfeld, und wie Kameras können sie nur Informationen über Oberflächen erfassen, die nicht verdeckt sind. Während eine Kamera Farbinformationen über Oberflächen in ihrem Sichtfeld erfasst, sammelt ein 3D-Scanner Entfernungsinformationen über Oberflächen in seinem Sichtfeld. Das von einem 3D-Scanner erzeugte „Bild“ beschreibt den Abstand zu einer Oberfläche an jedem Punkt des Bildes. Auf diese Weise kann die dreidimensionale Position jedes Punktes im Bild identifiziert werden.

In den meisten Situationen reicht ein einziger Scan nicht aus, um ein vollständiges Modell des Objekts zu erstellen. In der Regel sind mehrere Scans, sogar Hunderte, aus vielen verschiedenen Richtungen erforderlich, um Informationen über alle Seiten des Objekts zu erhalten. Diese Scans müssen in ein gemeinsames Referenzsystem gebracht werden, ein Prozess, der üblicherweise als Ausrichtung oder Registrierung bezeichnet wird, und dann zusammengeführt werden, um ein vollständiges 3D-Modell zu erstellen. Dieser gesamte Prozess, der von der einzelnen Entfernungskarte bis zum Gesamtmodell reicht, wird in der Regel als 3D-Scan-Pipeline bezeichnet.

3D Objektscanner in der Industrievermessung

Das Grundprinzip besteht darin, einen 3D-Scanner zu verwenden, um Daten über ein Objekt zu sammeln. Das Subjekt kann demnach folgendes sein:

• ein Objekt
• eine Umgebung (z. B. ein Raum)
• eine Person (3D-Bodyscanning)
• Einige 3D-Scanner können gleichzeitig Form- und Farbdaten erfassen. Eine 3D-gescannte Farbfläche wird als Textur bezeichnet.

3D-Scans sind mit Software für computergestütztes Design (CAD) und auch mit 3D-Druckern kompatibel, wenn man die Software ein wenig vorbereitet. Ein 3D-Scan kann viele Informationen über das Design eines Objekts liefern, in einem Prozess, der Reverse Engineering genannt wird.

3D-Scannerlösungen werden bereits heute in einer Vielzahl verschiedener Branchen und für zahlreiche Anwendungen eingesetzt. Einige davon wie folgt:

• Luft- und Raumfahrt
• Automobilindustrie und Transportwesen
• Konsumgüter
• Fertigung
• Schwerindustrie
• Gesundheitswesen
• Öl und Gas
• Stromerzeugung
• Bildung
• Andere 3D-Scanbereiche

Den Möglichkeiten von 3D-Scannern sind praktisch keine Grenzen gesetzt! Hier sind nur einige der vielen Anwendungen, bei denen die 3D-Scantechnologie zum Einsatz kommt:

• Beschleunigung der Produktentwicklung
• Verbesserung von Fertigungsprozessen
• Verbesserung der Qualitätskontrolle und -prüfung
• Steigerung der Produktqualität
• Reverse Engineering
• Unterrichtung künftiger Ingenieurstudenten über Messtechnik
• Erhaltung von Artefakten und vieles mehr

Höchste Qualität in der 3D Messtechnik

3D-Scantechnologien sind die präziseste Form der Messtechnik und beruhen auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipen sowie lassen sich in verschiedene Kategorien einteilen:

• Bei der 3D-Lasertriangulations-Scantechnologie wird ein Laserstrahl auf eine Oberfläche projiziert und die Verformung des Laserstrahls

• Bei der 3D-Scantechnik mit strukturiertem Licht wird die Verformung eines Lichtmusters auf einer Oberfläche gemessen, um die Form der Oberfläche in 3D zu erfassen.

• Die Photogrammmetrie, auch 3D-Scan aus Fotografien genannt, rekonstruiert ein Objekt in 3D aus 2D-Aufnahmen mit Hilfe von Computer Vision und Algorithmen der Computergeometrie

• Die berührungsbasierte 3D-Scantechnologie beruht auf der Erfassung mehrerer Punkte auf einer Oberfläche, die durch die Verformung eines Tasters gemessen werden

• Die Laserimpuls-3D-Scantechnologie (auch Flugzeitverfahren genannt) basiert auf der Flugzeit eines Laserstrahls. Der Laserstrahl wird auf eine Oberfläche projiziert und von einem Sensor aufgefangen. Die Laufzeit des Lasers zwischen seiner Aussendung und seinem Empfang liefert die geometrischen Informationen der Oberfläche

Warum das 3D-Scannen automatisieren?

Es gibt viele Gründe, warum sich das automatisieren lohnt:

• Die Automatisierung mit einem 3D-Scan-Roboter ist ein Zeitersparnis.

• Wenn Sie den 3D-Scanprozess automatisieren, benötigen Sie nur einen Bruchteil der Zeit, um das fertige Ergebnis zu erhalten, als wenn Sie es manuell durchführen würden. Einer der Hauptvorteile der Automatisierung besteht darin, dass die mühsame Arbeit des manuellen Scannens auf ein Minimum reduziert wird, insbesondere wenn Sie viele Objekte scannen müssen.

• Die Automatisierung macht das 3D-Scannen viel einfacher.

• Es reicht, nur ein paar Tasten zu drücken, und schon sind die Arbeitsschritte automatisiert. Das Beste daran ist, dass Sie nicht so viele Schulungen benötigen, da nicht so viele Arbeitskräfte erforderlich sind. Einige Automatisierungsmethoden können sogar den gesamten Prozess vollständig automatisieren. Sobald alles eingerichtet ist, ist es einfach zu bedienen.

• Die Automatisierung der Objekterkennung mittels eines 3D-Scannens spart Geld.

• Ein Großteil der Arbeit wird automatisiert, so dass Sie sich anderen wichtigen Aufgaben widmen können oder weniger Personal für den Betrieb des Systems einsetzen müssen.

Nachteile des 3D-Laserscannings

1. Sichtlinie 

Aufgrund des optischen Charakters des 3D-Laserscannings ist es unmöglich, eine Oberfläche zu messen, die sich außerhalb der Sichtlinie des Scanners befindet. Das bedeutet, dass versteckte oder interne Geometrie, die für den Scanner nicht sichtbar ist, nicht gemessen werden kann.

2. Umgebungslicht 

Da 3D-Laserscanner das Licht eines Lasers lesen, um Daten zu erfassen, kann sich das Umgebungslicht mit dem Laser vermischen und die Genauigkeit des Scans beeinträchtigen. Je nach Schwere dieser Störung kann der Scan verrauscht oder sogar unbrauchbar sein.

3. Anfängliche Kosten

Wenn Sie Ihr 3D-Laserscanning nicht auslagern möchten, kann es ziemlich teuer werden. Im Durchschnitt kosten industrielle 3D-Laserscanner zwischen 50.000 und 150.000 EURO. Darin sind weder das Zubehör für die Einrichtung noch die Schulung des Bedieners enthalten. Die Schulung eines Mitarbeiters für die Bedienung des Scanners und der Software und die Umwandlung des Scans in ein brauchbares Modell ist wesentlich teurer als das Outsourcing.

Wir empfehlen Ihnen deshalb dringend, sich vorab gut zu überlegen, ob sich eine Anschaffung von 3D Scanner Messtechnik oder eine Einstiegslösung in mobile 3D Messtechnik in Ihrem Betrieb lohnt.

Anfänglich ist es vielleicht ratsam, dies an externe Experten auszulagern und dementsprechend Kosten zu sparen.

Sollten Sie weitere Fragen haben, stehen Ihnen die Experten von Ferrpol jederzeit zur Verfügung.